JP2011088346A - 液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サテライト滴とメイン液滴の着弾対象上での着弾位置ずれをより確実に防止することが可能な液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法を提供する。
【解決手段】噴射駆動パルスＤＰは、予備膨張部ｐ１と、膨張ホールド部ｐ２と、収縮部ｐ３と、を含む電圧波形であり、収縮部は、予備膨張部の終端電位である膨張電位ＶＨから電位がマイナス方向に変化する第１の収縮要素ｐ３ａと、第１の収縮要素ｐ３ａの終端電位である中間電位ＶＭ１を一定時間ホールドする中間ホールド要素ｐ３ｂと、中間電位から電位がマイナス方向に変化する第２の収縮要素ｐ３ｃとから成り、中間ホールド要素の電位が、ホールド部の電位の５０％以上６０％以下であり、第２の収縮要素の電位勾配は、第１の収縮要素の電位勾配よりも急峻である。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体噴射装置、及び、その制御方法に関するものであり、特に、噴射駆動パルスを圧力発生手段に印加することにより液体の噴射を制御可能な液体噴射装置、及び、その制御方法に関するものである。

液体噴射装置は、液体を噴射するノズルを有する液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体（着弾対象）に対して噴射・着弾させてドットを形成することで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという。）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造装置等、各種の製造装置にも液体噴射装置が応用されている。

例えば、上記プリンターには、複数のノズルを列設して成るノズル列（ノズル群）を有し、噴射駆動パルスを圧力発生手段（例えば、圧電振動子や発熱素子等）に印加してこれを駆動することにより圧力室内の液体に圧力変化を与え、この圧力変化を利用して圧力室に連通したノズルから液体を噴射させるように構成されたものがある。圧力発生手段として圧電振動子を採用するプリンターでは、一般的に、まず圧力室を予備的に膨張させて（膨張工程）、この膨張状態を一定時間維持した後（ホールド工程）、圧力室を急激に収縮させて（収縮工程）圧力室内部のインクを加圧することにより、ノズルからインクを噴射させている。

図７は、上記のような従来のプリンターでインクを噴射したときのインク滴の飛翔の様子を説明する図であり、より具体的には、ノズル列を構成する各ノズルから記録媒体に向けてインクが噴射されたときの様子をインクの飛翔方向に対して交差する方向（横方向）から見た図である。なお、同図において、上の直線が記録ヘッドのノズル面を示し、下の直線が記録媒体の記録面を示している。また、ノズル列を構成する全ノズル（例えば、＃１〜＃１８０までのノズル）のうち、＃１〜＃３６までのノズルについて図示している。

この種のプリンターでは、ノズルからインクが噴射されると、先行するメイン液滴の後端部の部分が当該メイン液滴から分離してサテライト液滴となることがある。特に、近年では、従来プリンターなどで使用されていた水性インク等の液体よりも粘度の高い液体、例えば８ｍＰａ・ｓ以上の粘度の液体を噴射する用途に用いられる場合、よりサテライト液滴が生じやすい傾向にある。そして、記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させながら印刷等を行う構成では、記録媒体上におけるメイン液滴とサテライト液滴の着弾位置が離れてしまう。このようなメイン液滴とサテライト液滴の着弾位置ずれが記録画像等の画質の低下を招く問題があった。

このような問題を防止するため、例えば、第１波形要素を用いた収縮工程によりメイン液滴を噴射させた後、このメイン液滴の噴射に伴ってメニスカスが圧力室内のインクの固有振動に応じて圧力室側に移動するタイミングで、第２波形要素により圧力室を膨張させる（再膨張工程）ことで、メニスカスの振動に圧力室の膨張による圧力変化が重畳されて振動が加振され、この加振によりメイン液滴の後に飛翔するサテライト液滴の飛翔速度を高める構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このようにサテライト液滴の飛翔速度を高めることより、メイン液滴とサテライト液滴の記録媒体上における着弾位置を近づけることができる。

特開２００６−１４２５８８号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、収縮工程で圧力室を最大容積から最小容積まで一気に収縮させているため、メイン液滴の飛翔速度が高くなり、また、収縮工程の後の再膨張工程のタイミングを計るためメイン液滴の噴射からある程度時間を置いてからサテライト液滴が噴射されるので、サテライト液滴がメイン液滴に追いつけず、依然として記録媒体上における着弾位置ずれが生じる虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サテライト滴とメイン液滴の着弾対象上での着弾位置ずれをより確実に防止することが可能な液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、
前記移動手段により前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象とを相対移動させつつ、前記ノズルから液滴を噴射させて前記着弾対象に着弾させる液体噴射装置であって、
前記噴射駆動パルスは、
第１の方向に電位が変化して前記圧力室の容積を変化させる第１の変化部と、
当該第１の変化部によって変化させられた圧力室容積を一定時間ホールドする、前記第１の変化部の終端電位で一定なホールド部と、
前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化して前記第１の変化部によって変化させられた圧力室容積を変化させる第２の変化部と、
を含む電圧波形であり、
前記第２の変化部は、前記第１の変化部の終端電位から第２の方向に電位が変化する第１の変化要素と、第１の変化要素の終端電位を一定時間ホールドする中間ホールド要素と、第１の変化要素の終端電位から第２の方向に電位が変化する第２の変化要素、を有し、
前記中間ホールド要素の電位が、前記ホールド部の電位の５０％以上６０％以下であり、
前記第２の変化要素の電位勾配は、前記第１の変化要素の電位勾配よりも急峻であることを特徴とする。

本発明によれば、噴射駆動パルスの第２の変化部が、第１の変化部の終端電位から第２の方向に電位が変化する第１の変化要素と、第１の変化要素の終端電位を一定時間ホールドする中間ホールド要素と、第１の変化要素の終端電位から第２の方向に電位が変化する第２の変化要素と、を有し、中間ホールド要素の電位が、ホールド部の電位の５０％以上６０％以下であり、第２の変化要素の電位勾配が、第１の変化要素の電位勾配よりも急峻となるように設定されたので、ノズルから液体を噴射したときに生じるサテライト液滴の飛翔速度がメイン液滴よりも高められる。これにより、着弾対象上でのメイン液滴とサテライト液滴の着弾位置ずれが抑制される。即ち、第１の変化要素によって圧力室内の液体が加圧されることによりメニスカス中央部の液柱部が噴射側に押し出された後、中間ホールド要素によって圧力室内の液体の加圧が一旦ホールドされることにより、メイン液滴の飛翔速度が抑制される。その後、第１の変化要素の電位勾配よりも急峻な第２の変化要素によりメニスカスが噴射側に急激に押し出されることにより、サテライト液滴が加速される。その結果、メイン液滴の飛翔速度よりもサテライト液滴の飛翔速度を高めることが可能となる。

上記構成において、前記中間ホールド要素の始端から終端までの時間が、圧力室内の液体に生じる圧力振動の周期をＴｃとしたときに、０超過０．１２Ｔｃ以下であることが望ましい。

この構成によれば、中間ホールド要素の始端から終端までの時間が、０超過０．１２Ｔｃ以下に設定されるので、メイン液滴が噴射されてからサテライト液滴が噴射されるまでの時間を最小限に抑えることができ、これにより、サテライト液滴をメイン液滴により近づけることができる。

上記構成において、前記第２の変化要素の始端から終端までの時間が、０．０８Ｔｃ以上であることが望ましい。

この構成によれば、第２の変化要素の始端から終端までの時間が、０．０８Ｔｃ以上に設定することで、サテライト液滴の飛翔を安定させることができる。即ち、サテライト液滴の飛翔を安定させるには、Ｔｃに基づくメニスカスの振動の影響を考慮して適切に設定する必要がある。ここで、単に、第２の変化要素の電位勾配を第１の変化要素の電位勾配よりも急峻となるようにした場合、サテライト液滴の飛翔速度が必要以上に高まり、これにより飛翔方向が曲がる等の不具合が生じる虞がある。この場合、メイン液滴の着弾位置とサテライト液滴の着弾位置とが却って離れてしまう可能性もある。一方、第２の変化要素の電位勾配を第１の変化要素の電位勾配よりも急峻にしつつも、第２の変化要素の始端から終端までの時間が０．０８Ｔｃ以上となるように設定することにより、サテライト液滴の飛翔速度が必要以上に高まることなく飛翔方向を安定させることができる。

また、本発明は、液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、前記移動手段により前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象とを相対移動させつつ、前記ノズルから液滴を噴射させて前記着弾対象に着弾させる液体噴射装置の制御方法であって、
前記噴射駆動パルスは、第１の方向に電位が変化する第１の変化部と、前記第１の変化部の終端電位で一定なホールド部と、前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化する第２の変化部と、を含む電圧波形であり、
前記第２の変化部は、前記第１の変化部の終端電位から第２の方向へ途中まで電位が変化する第１の変化要素と、第１の変化要素の終端電位を一定時間ホールドする中間ホールド要素と、第１の変化要素の終端電位から第２の方向に電位が変化する第２の変化要素と、を有し、
前記中間ホールド要素の電位が、前記ホールド部の電位の５０％以上６０％以下に設定され、
前記第２の変化要素の電位勾配が、前記第１の変化要素の電位勾配よりも急峻に設定され、
前記圧力室の容積を前記第１の変化部によって変化させる第１の変化工程と、
前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記ホールド部によって所定時間ホールドするホールド工程と、
前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第２の変化部によって変化させる第２の変化工程と、
を含み、
前記第２の変化工程は、前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第１の変化要素により途中まで変化させる第１の変化処理と、当該第１の変化処理において変化させられた圧力室容積を一定時間ホールドするホールド処理と、当該ホールド処理においてホールドされた圧力室容積を前記第２の変化要素によって変化させる第２の変化処理と、を含み、
前記第２の変化処理における圧力室容積の変化速度が、前記第１の変化処理における圧力室容積の変化速度よりも速いことを特徴とする。

本発明によれば、噴射駆動パルスの第２の変化部が、第１の変化部の終端電位から第２の方向に電位が変化する第１の変化要素と、第１の変化要素の終端電位を一定時間ホールドする中間ホールド要素と、第１の変化要素の終端電位から第２の方向に電位が変化する第２の変化要素と、を有し、中間ホールド要素の電位が、ホールド部の電位の５０％以上６０％以下であり、第２の変化要素の電位勾配が、第１の変化要素の電位勾配よりも急峻となるように設定され、第２の変化処理における圧力室容積の変化速度が、第１の変化処理における圧力室容積の変化速度よりも速いので、ノズルから液体を噴射したときに生じるサテライト液滴の飛翔速度がメイン液滴よりも高められる。これにより、着弾対象上でのメイン液滴とサテライト液滴の着弾位置ずれが抑制される。即ち、第１の変化要素によって圧力室内の液体が加圧されることによりメニスカス中央部の液柱部が噴射側に押し出された後、中間ホールド要素によって圧力室内の液体の加圧が一旦ホールドされることにより、メイン液滴の飛翔速度が抑制される。その後、第１の変化要素の電位勾配よりも急峻な第２の変化要素によりメニスカスが噴射側に急激に押し出されることにより、サテライト液滴が加速される。その結果、メイン液滴の飛翔速度よりもサテライト液滴の飛翔速度を高めることが可能となる。

プリンターの概略構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。 噴射駆動パルスの構成を説明する波形図である。 ノズルからインクを噴射する際のメニスカスの動きを説明するノズル近傍の断面図である。 本発明のプリンターにおいてノズル列を構成する各ノズルから記録媒体に向けてインクが噴射されたときの様子を説明する模式図である。 従来のプリンターにおいてノズル列を構成する各ノズルから記録媒体に向けてインクが噴射されたときの様子を説明する模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体噴射ヘッドとして記録ヘッド２が取り付けられると共に、インクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録媒体としての記録紙６（着弾対象の一種。）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７（移動手段の一種）と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８とを備えて概略構成されている。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアーエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルスがプリンターコントローラー３５の制御部４１（図３参照）に送信される。これにより、制御部４１はこのリニアーエンコーダー１０からのエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作（噴射動作）等を制御することができる。

キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズル基板２１：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４（記録ヘッド２）が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

図２は、上記記録ヘッド２の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド２は、ケース１３と、このケース１３内に収納される振動子ユニット１４と、ケース１３の底面（先端面）に接合される流路ユニット１５等を備えて構成されている。上記のケース１３は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット１４を収納するための収納空部１６が形成されている。振動子ユニット１４は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子１７と、この圧電振動子１７が接合される固定板１８と、圧電振動子１７に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル１９とを備えている。圧電振動子１７は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向に直交する方向に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。

流路ユニット１５は、流路基板２０の一方の面にノズル基板２１を、流路基板２０の他方の面に弾性板２２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット１５には、リザーバー２３と、インク供給口２４と、圧力室２５と、ノズル連通口２６と、ノズル２７とが設けられている。そして、インク供給口２４から圧力室２５及びノズル連通口２６を経てノズル２７に至る一連のインク流路が、ノズル２７毎に対応して形成されている。

上記ノズル基板２１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル２７が列状に穿設されたステンレス等の金属板またはシリコン単結晶基板等から成る板材である。このノズル基板２１には、ノズル２７の列（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル２７によって構成される。そして、本実施形態における記録ヘッド２は、それぞれ異なる色のインク（本発明における液体の一種）、具体的には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の合計４色のインクを貯留する４つのインクカートリッジ３を装着可能に構成されており、これらの色に対応させて合計４列のノズル列がノズル基板２１に形成されている。

上記弾性板２２は、支持板２８の表面に弾性体膜２９を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板２８とし、この支持板２８の表面に樹脂フィルムを弾性体膜２９としてラミネートした複合板材を用いて弾性板２２を作製している。この弾性板２２には、圧力室２５の容積を変化させるダイヤフラム部３０が設けられている。また、この弾性板２２には、リザーバー２３の一部を封止するコンプライアンス部３１が設けられている。

上記のダイヤフラム部３０は、エッチング加工等によって支持板２８を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部３０は、圧電振動子１７の先端面が接合される島部３２と、この島部３２を囲う薄肉弾性部３３とからなる。上記のコンプライアンス部３１は、リザーバー２３の開口面に対向する領域の支持板２８を、ダイヤフラム部３０と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー２３に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。

そして、上記の島部３２には圧電振動子１７の先端面が接合されているので、この圧電振動子１７の自由端部を伸縮させることで圧力室２５の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室２５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用してノズル２７からインク滴を噴射させる。

図３はプリンター１の電気的な構成を示すブロック図である。このプリンター１は、プリンターコントローラー３５とプリントエンジン３６とで概略構成されている。プリンターコントローラー３５は、ホストコンピュータ等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）３７と、各種データ等を記憶するＲＡＭ３８と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ３９と、各部の制御を行う制御部４１と、クロック信号を発生する発振回路４２と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路４３（本発明における駆動信号発生手段の一種）と、印刷データをドット毎に展開することで得られる画素データや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）４５と、を備えている。

制御部４１は、記録ヘッド２の動作を制御するためのヘッド制御信号を記録ヘッド２に出力したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号発生回路４３に出力したりする。ヘッド制御信号は、例えば、転送クロックＣＬＫ、画素データＳＩ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨ１である。これらのラッチ信号やチェンジ信号は、駆動信号ＣＯＭを構成する各パルスの供給タイミングを規定する。

また、制御部４１は、上記印刷データに基づき、ＲＧＢ表色系からＣＭＹ表色系への色変換処理、多階調のデータを所定階調まで減少させるハーフトーン処理、ハーフトーニングされたデータを、インク種類毎（ノズル列毎）に所定の配列で並べてドットパターンデータに展開するドットパターン展開処理等を経て、記録ヘッド２の噴射制御に用いる画素データＳＩを生成する。この画素データＳＩは、印刷される画像の画素に関するデータであり、噴射制御情報の一種である。ここで、画素とは、着弾対象である記録紙等の記録媒体上に仮想的に定められたドット形成領域を示す。そして、本発明に係る画素データＳＩは、記録媒体上に形成されるドットの有無（又はインクの噴射の有無）及びドットの大きさ（又は噴射されるインクの量）に関する階調データからなる。本実施形態において、画素データＳＩは合計２ビットの２値階調データによって構成されている。２ビットの階調値には、インクを噴射しない非記録（微振動）に対応する［００］と、小ドットの記録に対応する［０１］と、中ドットの記録に対応する［１０］と、大ドットの記録に対応する［１１］とがある。従って、本実施形態におけるプリンターは４階調で記録ができる。

次に、プリントエンジン３６側の構成について説明する。プリントエンジン３６は、記録ヘッド２と、キャリッジ移動機構７と、紙送り機構８と、リニアーエンコーダー１０と、から構成されている。記録ヘッド２は、シフトレジスター（ＳＲ）４６、ラッチ４７、デコーダー４８、レベルシフター（ＬＳ）４９、スイッチ５０、及び圧電振動子１７を、各ノズル２７に対応させて複数備えている。プリンターコントローラー３５からの画素データ（ＳＩ）は、発振回路４２からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、シフトレジスター４６にシリアル伝送される。

シフトレジスター４６には、ラッチ４７が電気的に接続されており、プリンターコントローラー３５からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ４７に入力されると、シフトレジスター４６の画素データをラッチする。このラッチ４７にラッチされた画素データは、デコーダー４８に入力される。このデコーダー４８は、２ビットの画素データを翻訳してパルス選択データを生成する。本実施形態におけるパルス選択データは、合計２ビットのデータによって構成されている。

そして、デコーダー４８は、ラッチ信号（ＬＡＴ）又はチャンネル信号（ＣＨ）の受信を契機にパルス選択データをレベルシフター４９に出力する。この場合、パルス選択データは、上位ビットから順にレベルシフター４９に入力される。このレベルシフター４９は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データが「１」の場合、スイッチ５０を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。レベルシフター４９で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ５０に供給される。このスイッチ５０の入力側には、駆動信号発生回路４３からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ５０の出力側には、圧電振動子１７が接続されている。

そして、パルス選択データは、スイッチ５０の作動、つまり、駆動信号中の噴射パルスの圧電振動子１７への供給を制御する。例えば、スイッチ５０に入力されるパルス選択データが「１」である期間中は、スイッチ５０が接続状態になって、対応する噴射パルスが圧電振動子１７に供給され、この噴射パルスの波形に倣って圧電振動子１７の電位レベルが変化する。一方、パルス選択データが「０」である期間中は、レベルシフター４９からはスイッチ５０を作動させるための電気信号が出力されない。このため、スイッチ５０は切断状態となり、圧電振動子１７へは噴射パルスが供給されない。

図４は、駆動信号発生回路４３が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる噴射駆動パルスＤＰの構成を説明する波形図である。
同図に示すように、噴射駆動パルスＤＰは、予備膨張部ｐ１（第１の変化部に相当）と、膨張ホールド部ｐ２（ホールド部に相当）と、収縮部ｐ３（第２の変化部に相当）と、収縮ホールド部ｐ４と、制振膨張部ｐ５と、制振ホールド部ｐ６と、復帰膨張部ｐ７とからなる。予備膨張部ｐ１は、基準電位ＶＢから膨張電位ＶＨまで一定勾配で電位がプラス方向（第１の方向に相当）に変化（上昇）する波形部であり、膨張ホールド部ｐ２は、予備膨張部ｐ１の終端電位である膨張電位ＶＨで一定な波形部である。また、収縮部ｐ３は、膨張電位ＶＨから収縮電位ＶＬまで電位がマイナス方向（第２の方向に相当）に変化（降下）する波形部であり、収縮ホールド部ｐ４は、収縮電位ＶＬで一定な波形部である。さらに、制振膨張部ｐ５は、収縮電位ＶＬから制振膨張電位ＶＭ２まで電位がプラス方向に一定の勾配で変化（上昇）する波形部であり、制振ホールド部ｐ６は、制振膨張電位ＶＭ２で一定な波形部であり、復帰膨張部ｐ７は、制振膨張電位ＶＭ２から基準電位ＶＢまで電位が復帰する波形部である。

上記収縮部ｐ３は、膨張電位ＶＨから電位がマイナス方向に変化（降下）する第１の収縮要素ｐ３ａ（第１の変化要素に相当）と、第１の収縮要素ｐ３ａの終端電位である中間電位ＶＭ１を一定時間ホールドする中間ホールド要素ｐ３ｂ（中間ホールド要素に相当）と、中間電位ＶＭ１から電位がマイナス方向に変化（降下）する第２の収縮要素ｐ３ｃ（第２の変化要素に相当）とから構成されていることに特徴を有している。即ち、収縮部ｐ３は、膨張電位ＶＨから収縮電位ＶＬまで電位が変化する途中で僅かな時間だけ電位の変化を一時的に止めるように構成されている。

中間ホールド要素ｐ３ｂの電位である中間電位ＶＭ１は、膨張ホールド部ｐ２の電位である膨張電位ＶＨの５０％以上６０％以下に設定される。換言すると、中間電位ＶＭ１と収縮電位ＶＬとの電位差Ｖｄ２は、噴射駆動パルスＤＰの駆動電圧Ｖｄ（最高電位である膨張電位ＶＨと最低電位である収縮電位ＶＬとの電位差）の５０％以上６０％以下に設定される。また、第２の収縮要素ｐ３ｃの電位勾配は、第１の収縮要素ｐ３ａの電位勾配よりも急峻となるように設定される。具体的には、第２の収縮要素ｐ３ｃの電位勾配が、第１の収縮要素ｐ３ａの電位勾配の２倍程度急峻となっている。そして、中間ホールド要素ｐ３ｂの始端から終端までの時間、つまりホールド時間Ｗｈ２は、圧力室２５内のインクに生じる圧力振動の振動周期をＴｃとしたときに、以下の（１）で示す範囲内の値に設定される。
０＜Ｗｈ２≦０．１２Ｔｃ …（１）
さらに、第２の収縮要素ｐ３ｃの始端から終端までの時間、つまりホールド時間Ｗｄ２は、以下の（２）で示す範囲内の値に設定される。
Ｗｄ２≧０．０８Ｔｃ …（２）

ここで、上記Ｔｃは、ノズル２７、圧力室２５、インク供給口２４、及び圧電振動子１７等の各構成部材の形状、寸法、及び剛性などにより固有に定まる。この固有の振動周期Ｔｃは、例えば、次式（３）で表すことができる。

Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］・・・（３）
但し、式（３）において、Ｍｎはノズル２７におけるイナータンス、Ｍｓはインク供給口２４におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室２５のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）である。また、上記式（３）において、イナータンスＭとは、ノズル２７等の流路における液体の移動し易さを示し、換言すると、単位断面積あたりの液体の質量である。そして、流体の密度をρ、流路の流体の流下方向と直交する面の断面積をＳ、流路の長さをＬとしたとき、イナータンスＭは次式（４）で近似して表すことができる。
Ｍ＝（ρ×Ｌ）／Ｓ ・・・ （４）
なお、Ｔｃは、上記式（３）で規定されるものに限られず、記録ヘッド２の圧力室２５が有している振動周期であればよい。

上記のように構成された噴射駆動パルスＤＰが圧電振動子１７に供給されると、まず、予備膨張部ｐ１によって圧電振動子１７は素子長手方向に収縮し、これに伴って圧力室２５が基準電位ＶＢに対応する基準容積から膨張電位ＶＨに対応する膨張容積まで膨張する（第１の変化工程）。この膨張により、図５（ａ）に示すように、ノズル２７におけるインクの表面（メニスカス）が圧力室２５側（図における上側）に大きく引き込まれると共に、圧力室２５内にはリザーバー２３側からインク供給口２４を通じてインクが供給される。そして、この圧力室２５の膨張状態は、膨張ホールド部ｐ２の供給期間中に亘って維持される（ホールド工程）。

膨張ホールド部ｐ２による膨張状態が維持された後、収縮部ｐ３が供給されてこれに応じて圧電振動子１７が伸長する。これに伴い、圧力室２５は膨張容積から収縮電位ＶＬに対応する収縮容積まで収縮される（第２の変化工程）。上記したように、収縮部ｐ３は、第１の収縮要素ｐ３ａ、中間ホールド要素ｐ３ｂ、及び第２の収縮要素ｐ３ｃから構成されているので、この第２の変化工程では、まず、第１の収縮要素ｐ３ａにより、圧力室２５が膨張容積から中間電位ＶＭ１に対応する中間容積まで収縮される（第１の変化処理）。これにより、圧力室２５内のインクが加圧されて、図５（ｂ）に示すように、メニスカスの中央部分が噴射側（図における下側）に押し出され、この押し出された部分が液柱のように伸びる。続いて、中間ホールド要素ｐ３ｂが供給され、中間容積が上記時間Ｗｈ２だけ維持される（ホールド処理）。これにより、圧電振動子１７の伸長が一時的に停止される。この間、図５（ｃ）に示すように、メニスカス中央部の液注が慣性力によって噴射方向へ伸びるが、この間では圧力室２５内のインクが加圧されないので、その分、液柱の伸びは抑えられる。この結果、その後に噴射されるメイン液滴の飛翔速度が抑制される。

中間ホールド要素ｐ３ｂによるホールドの後、第２の収縮要素ｐ３ｃにより、第１の収縮要素ｐ３ａの場合よりも圧電振動子１７が素早く伸長し、圧力室２５の容積が中間容積から収縮容積まで急激に加圧される（第２の変化処理）。即ち、第２の変化処理における圧力室容積の変化速度が、第１の変化処理における圧力室容積の変化速度よりも速い。これにより、図５（ｄ）に示すように、メニスカス全体が噴射方向に急激に押し出され、液柱の後端部分が加速される。そして、メニスカスと液柱とが分離し、分離した部分がインク滴としてノズル２７から噴射されて飛翔する。噴射されたインク滴は、先行するメイン液滴Ｄｍと、このメイン液滴Ｄｍとは分離して後続するサテライト液滴Ｄｓとから成る。

本実施形態においては、第１の収縮要素ｐ３ａ（第１の変化処理）によって圧力室２５内のインクが加圧されることによりメニスカス中央部の液柱部が噴射側に押し出された後、中間ホールド要素ｐ３ｂ（ホールド処理）によって圧力室２５内のインクの加圧が一時的にホールドされることにより、メイン液滴Ｄｍの飛翔速度が抑制され、尚かつ、第２の収縮要素ｐ３によりサテライト液滴Ｄｓとなる液柱の後端部分が加速されるので、メイン液滴Ｄｍの飛翔速度よりも、サテライト液滴Ｄｓの飛翔速度が高くなる。これにより、ノズル２７から噴射されて記録媒体の記録面に着弾するまでの間に、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが近接する。これにより、記録媒体の記録面に着弾して形成されるドットが円形或いは楕円形に近い形状となる。

収縮部ｐ３の後、収縮ホールド部ｐ４により、圧力室２５の収縮状態が一定時間維持される。この間に、インクの噴射によって減少した圧力室２５内のインクの圧力は、その固有振動によって再び上昇する。この上昇タイミングにあわせて制振膨張部ｐ５が圧電振動子１７に印加されて、圧力室２５が収縮容積から制振膨張容積まで膨張される。これにより、圧力室２５内のインクの圧力変動（残留振動）が低減される。この圧力室２５の制振膨張容積は、制振ホールド部ｐ６により一定時間維持される。その後、復帰膨張部ｐ７により、圧力室２５が定常容積まで緩やかに膨張復帰する。

以上のように、噴射駆動パルスＤＰの収縮部ｐ３が、第１の収縮要素ｐ３ａ、中間ホールド要素ｐ３ｂ、及び第２の収縮要素ｐ３ｃから構成され、中間ホールド要素ｐ３ｂの電位が、膨張ホールド部ｐ２の電位の５０％以上６０％以下であり、第２の収縮要素ｐ３ｃの電位勾配が、第１の収縮要素ｐ３ａの電位勾配よりも急峻となるように設定されたので、ノズル２７からインクを噴射したときに生じるサテライト液滴Ｄｓの飛翔速度がメイン液滴Ｄｍよりも高められる。これにより、着弾対象である記録媒体上でのメイン液滴とサテライト液滴の着弾位置ずれが抑制される。その結果、メイン液滴とサテライト液滴の着弾位置ずれに起因する記録画像等の画質の低下が防止される。
また、中間ホールド要素ｐ３ｂの始端から終端までのホールド時間Ｗｈ２が、０超過０．１２Ｔｃ以下に設定されるので、メイン液滴Ｄｍが噴射されてからサテライト液滴Ｄｓが噴射されるまでの時間差が最小限に抑えられ、これにより、サテライト液滴Ｄｓをメイン液滴Ｄｍにより近づけることができる。その結果、着弾位置ずれをより確実に防止することが可能となる。

さらに、本実施形態においては、第２の収縮要素ｐ３ｃの始端から終端までの時間Ｗｄ２が０．０８Ｔｃ以上に設定されることで、必要以上にサテライト液滴Ｄｓが加速されることが抑制され、サテライト液滴Ｄｓの飛翔を安定させることができる。即ち、サテライト液滴Ｄｓの飛翔を安定させるには、固有振動周期Ｔｃに基づくメニスカスの振動の影響を考慮して適切に設定する必要がある。単に第２の収縮要素ｐ３ｃの電位勾配を第１の収縮要素ｐ３ａの電位勾配よりも急峻となるようにした場合、サテライト液滴Ｄｓの飛翔速度が必要以上に高まり、飛翔方向が曲がる等の不具合が生じる虞がある。この場合、メイン液滴Ｄｍの着弾位置とサテライト液滴Ｄｓの着弾位置とが却って離れてしまう可能性もある。一方、第２の収縮要素ｐ３ｃの電位勾配を第１の収縮要素ｐ３ａの電位勾配よりも急峻にしつつも、第２の収縮要素ｐ３ｃの始端から終端までの時間Ｗｄ２が０．０８Ｔｃ以上となるように設定することにより、サテライト液滴Ｄｓの飛翔速度が必要以上に高まることなく飛翔方向を安定させることができる。そして、サテライト液滴Ｄｓの飛翔を安定させることで、当該サテライト液滴Ｄｓを記録媒体上の目標とする着弾位置に着弾させることが可能となる。

図６は、ノズル列を構成する各ノズル２７から記録媒体に向けてインクが噴射されたときの様子をインクの飛翔方向に対して交差する方向から見た図である。同図において、上の直線が記録ヘッド２のノズル面（ノズル基板２１の噴射側の面）を示し、下の直線が記録媒体（記録紙６）の記録面を示している。また、ノズル列を構成する全ノズル２７（例えば、＃１〜＃１８０までのノズル２７）のうち、＃１〜＃３６までのノズル２７について図示している。

従来のプリンターではメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが離れて飛翔していたのに対し、本発明に係るプリンター１では、各ノズル２７からそれぞれ噴射されたインク（メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓ）を観察すると、サテライト液滴Ｄｓの飛翔速度がメイン液滴Ｄｍの飛翔速度よりも高められているため、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとの距離を縮めることができる。これにより、記録媒体上にこれらの液滴が着弾して形成されるドット形状を改善することが可能となる。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

噴射駆動パルスＤＰの波形構成に関し、上記実施形態で例示したものには限られない。要は、第１の方向に電位が変化して圧力室２５の容積を変化させる第１の変化部と、第１の変化部によって変化させられた圧力室容積を一定時間ホールドする、第１の変化部の終端電位で一定なホールド部と、第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化して前記第１の変化部によって変化させられた圧力室容積を変化させる第２の変化部と、を少なくとも含む電圧波形であればよい。

また、上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電振動子１７を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電素子を採用することも可能である。この場合、例示した噴射駆動パルスＤＰに関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。

そして、本発明は、噴射駆動パルスを用いて噴射制御が可能な液体噴射装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。そして、ディスプレー製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，２…記録ヘッド，１７…圧電振動子，２５…圧力室，２７…ノズル，４１…制御部，４３…駆動信号発生回路

Claims (4)

1. 液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
   前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、
   前記移動手段により前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象とを相対移動させつつ、前記ノズルから液滴を噴射させて前記着弾対象に着弾させる液体噴射装置であって、
   前記噴射駆動パルスは、
   第１の方向に電位が変化して前記圧力室の容積を変化させる第１の変化部と、
   当該第１の変化部によって変化させられた圧力室容積を一定時間ホールドする、前記第１の変化部の終端電位で一定なホールド部と、
   前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化して前記第１の変化部によって変化させられた圧力室容積を変化させる第２の変化部と、
   を含む電圧波形であり、
   前記第２の変化部は、前記第１の変化部の終端電位から第２の方向に電位が変化する第１の変化要素と、第１の変化要素の終端電位を一定時間ホールドする中間ホールド要素と、第１の変化要素の終端電位から第２の方向に電位が変化する第２の変化要素と、を有し、
   前記中間ホールド要素の電位が、前記ホールド部の電位の５０％以上６０％以下であり、
   前記第２の変化要素の電位勾配は、前記第１の変化要素の電位勾配よりも急峻であることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記中間ホールド要素の始端から終端までの時間が、圧力室内の液体に生じる圧力振動の周期をＴｃとしたときに、０超過０．１２Ｔｃ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記第２の変化要素の始端から終端までの時間が、０．０８Ｔｃ以上であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
4. 液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、前記移動手段により前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象とを相対移動させつつ、前記ノズルから液滴を噴射させて前記着弾対象に着弾させる液体噴射装置の制御方法であって、
   前記噴射駆動パルスは、第１の方向に電位が変化する第１の変化部と、前記第１の変化部の終端電位で一定なホールド部と、前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化する第２の変化部と、を含む電圧波形であり、
   前記第２の変化部は、前記第１の変化部の終端電位から第２の方向へ途中まで電位が変化する第１の変化要素と、第１の変化要素の終端電位を一定時間ホールドする中間ホールド要素と、第１の変化要素の終端電位から第２の方向に電位が変化する第２の変化要素と、を有し、
   前記中間ホールド要素の電位が、前記ホールド部の電位の５０％以上６０％以下に設定され、
   前記第２の変化要素の電位勾配が、前記第１の変化要素の電位勾配よりも急峻に設定され、
   前記圧力室の容積を前記第１の変化部によって変化させる第１の変化工程と、
   前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記ホールド部によって所定時間ホールドするホールド工程と、
   前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第２の変化部によって変化させる第２の変化工程と、
   を含み、
   前記第２の変化工程は、記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第１の変化要素により途中まで変化させる第１の変化処理と、当該第１の変化処理において変化させられた圧力室容積を一定時間ホールドするホールド処理と、当該ホールド処理においてホールドされた圧力室容積を前記第２の変化要素によって変化させる第２の変化処理と、を含み、
   前記第２の変化処理における圧力室容積の変化速度が、前記第１の変化処理における圧力室容積の変化速度よりも速いことを特徴とする液体噴射装置の制御方法。

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